二手曲軸的修磨機床及修磨方法

德國勇克(JUNKER)機器制造有限公司成功地研制開發了一種集成了在線測量技術的磨削中心。該磨削中心可以靈活精密地對已經用過的二手曲軸進行經濟的磨削。 曲軸是一種幾何形狀非常復雜、承受強烈動載荷的零件。勇克公司是一家擁有國際領先技術水平的高速磨床生產企業，從20世紀90年代初期就開始研制JUCRANK系列的曲軸磨床。該系列的機床采用隨連桿頸擺動磨削的原理進行磨削，并在汽車工業及其零備件供應領域中獲得了巨大的成功。該機床采用的是具有高科技含量的磨削方案:可在一次裝夾中利用高硬度、高耐磨的CBN砂輪完成曲軸主軸頸、連桿頸、法蘭和軸頭的粗磨和精磨。 如果磨削鍛造或鑄造的曲軸，則曲軸的磨量是已知的，并且各個部位的磨量幾乎是一致的。新曲軸的價格很高，因此，從發動機修理者方面來看，對用過的二手曲軸進行修復有著非常大的興趣。由于舊曲軸各個部位的磨損程度不同，所以每根曲軸都有"獨特的"幾何形狀。因此，在開始磨削之前，必須進行認真的測量，采集各個部位的尺寸數據，然后再進行磨削。這樣可保證所有主軸頸、連桿頸以及軸端獲得所希望的形位公差。 迄今為止，一般都是以曲軸的軸線為基準測量曲軸的徑向跳動。然后，必要時對曲軸進行手工校直。最后，各個軸頸以其軸線為基準中心(利用偏心夾具)進行磨削。采用上述曲軸磨削方法是非常費時費工的，因為曲軸在磨削過程中必須進行多次裝夾。另外，這種方法也不能達到改善曲軸連桿頸(曲柄半徑)位置度的目的。 為了提高曲軸的加工效率，勇克公司研制開發了集成有測量裝置的磨床，用于修磨二手曲軸。這種新型磨床的使用證明，可以省掉在專用測量設備上對舊曲軸進行磨前尺寸預測和磨削過程中的中間測量。同樣，也省略了在磨削過程中與這些檢測有關的工件裝夾過程。由于磨削過程中的尺寸監控是實時監控，從而大大提高了曲軸的磨削質量。 工藝技術 擺動磨削連桿頸的工藝，可在一次裝夾中對具有對稱排列的連桿頸進行磨削，并可獲得極高的精度和經濟效益。連桿頸的直徑尺寸通過C軸(工件的旋轉運動)和X軸(進給軸)插補磨削而成。而X軸的擺動行程正是發動機活塞的行程。這一工藝技術和機床配備的控制軟件相互配合，可以保證1~8缸發動機的舊曲軸能在一次裝夾中完成尺寸測量與修磨。 變形品種的加工方案 該機床的設計方案可以實現大量不同類型曲軸的整體磨削。可以磨削回轉直徑至220mm，長度至900mm的各種曲軸。 在一個砂輪架上，安裝了兩個驅動功率為3OKW磨削主軸。這兩個主軸成60度角布置，可以依次擺轉到磨削位置。在不重新裝夾的情況下，用CBN砂輪完成曲軸主軸頸、連桿頸的高速磨削。砂輪的自動平衡裝置保證了極高的圓度和極高的磨削精度(在幾μm之內)。 首先測量 根據曲軸磨損的痕跡，在重磨至所需的精度前，需要對下列幾何精度進行測量：以一個基準面為準，測量曲軸所有軸的軸向間距、連桿頸直徑和主軸頸直徑；曲軸的角度位置；連桿頸行程高度和軸頭直徑(用于安裝軸端密封圈)。 為了保證內燃式發動機可靠地工作，曲軸主軸頸和連桿頸的圓度誤差應＜2～3μm。以基準軸為基礎，主軸頸的徑向跳動不得超過50μm。主軸頸和連桿軸頸的形狀可以是圓柱形、球形或凸形的。各個軸頸的軸向間距不得超過規定尺寸0.2mm。 然后磨削 曲軸的全部幾何形狀均由磨床的控制程序給出，也恰恰體現出機床的高靈活性。GE FANUC公司160 TC系列的數控系統，僅通過給出的幾個參數就可磨削連桿頸。機床所用的軟件是勇克公司自己開發的。 交替進行測量與磨削 在自動磨削循環中，將對曲軸進行測量、粗磨，再測量和最終的精磨。機床操作者應首先在控制臺上選擇合適的方案。為了確定曲軸的軸向位置，測頭先觸測一個主軸頸軸端的端面。另一個測頭則測量每一個連桿頸的位置和直徑。數控系統獲得了有關幾何輸入尺寸的最初數據，以此為準自動進行零點校正。如果采集的幾何數據不完全準確(例如連桿頸的位置不十分準確)，數控系統能及時自動識別并在編寫磨削程序時予以考慮。 優化后的磨削工序提高了曲軸磨削的精度 通過一次裝夾完成曲軸主軸頸、連桿頸、法蘭和軸端的加工，可獲得各磨削部位之間極高的幾何精度。首先對各個主軸頸進行磨削，然后由多個中心架支承著磨削后的主軸頸，再磨削連桿頸，最后再次測量各個主軸頸并磨削到最終合格尺寸。安裝機體密封件的軸頸的修磨也包括在自動磨削工序中。測量一個典型的六缸曲軸大約需要10min，修磨大約需要4min。修磨后的曲軸質量可在專用測量機床上進行檢驗。